利用含鋁廢泥和工業鹽酸制備聚合氯化鋁的工藝優化

曾猛，楊東奎，劉偉仁，楊學壯，樊文星，邱菲菲

（惠州市斯瑞爾環境科技股份有限公司，廣東惠州516267）

在鋁材進行成型、電鍍等深加工前，首先對鋁材表面進行酸洗、堿洗等表面處理，以除去鋁材表面的油污和氧化膜，對鋁材進行活化，然后將表面處理過程中產生的酸液、堿液以及表面處理后的清洗水進行混合、中和[1]，這樣就產生了大量的Al（OH）3沉淀，即所謂的含鋁廢泥，有些文獻上也稱為廢鋁渣[2]。隨著社會的發展，鋁制品的需求日益增多，產生的鋁垃圾也不斷增長，據不完全統計，我國鋁型材年產量大概在1 200萬t，產生的含鋁廢泥總量為120萬t，這么大量的含鋁廢泥如果處置不當，不僅會造成空氣、地下水污染以及建筑物表面和土壤環境的破壞，還會造成大量易溶、易利用的鋁資源的浪費和流失[3]。

聚合氯化鋁（PAC）是一種高性能無機高分子絮凝劑，與傳統的鋁鹽和鐵鹽混凝劑相比，具有分子結構大、吸附力強、形成的絮體大、沉降快、適應pH值范圍寬、不需要助凝劑和不受水溫度影響等優點而備受關注[4，5]，廣泛應用于源水和廢水處理，以及造紙、制革、醫藥、化妝品等諸多領域[6]。

文中糅合了傳統的一步法和兩步法生產工藝，克服了該兩種生產工藝的缺陷，提出了一種利用工業鹽酸溶解浸出含鋁廢泥制備聚合氯化鋁產品的新工藝，主要通過控制物料投料比來控制聚合氯化鋁產品的鋁含量（以Al2O3計）和鹽基度，所得濾渣可經過二次或者多次反溶使其中的鋁資源被充分利用，同步減少固廢產生量，減少了生產環節，提高了生產效率。

1 實驗部分

1.1 實驗及主要儀器

1.1.1 實驗原料

含鋁廢泥，13.81%（以Al2O3計，濕基）；鹽酸，31.4%（以HCl計，工業級）。

1.1.2 實驗儀器

電動攪拌機，HD2010W型，上海司樂儀器有限公司；

電子天平，HZY-B5000型，福州華志科學儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋，DK-98-Ⅱ型，天津市泰斯特儀器有限公司；

循環水式多用真空泵，SHZ-D（Ⅲ）型，河南愛博特科技發展有限公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 一步法制備聚合氯化鋁（含鋁廢泥過量）

所謂的一步法，是指含鋁廢泥與工藝鹽酸在一定條件下反應，過濾后所的濾液不需要二次操作直接可得符合GB/T 22627—2014標準的聚合氯化鋁產品，即按一定配比（消耗一定量工業鹽酸的Al2O3實際投加量與理論投加量之比）在燒杯中加入一定量含鋁廢泥和工業鹽酸，在一定溫度下攪拌反應一段時間后，過濾，所得濾液即為聚合氯化鋁。

1.2.2 實驗數據及結果分析

該實驗的目的主要是考察投料配比、反應溫度以及反應時間對產品鋁含量（以Al2O3計）、鹽基度的影響，雖然GB/T 22627—2014標準中要求液體聚合氯化鋁中鋁含量（以Al2O3計）≥6.0%，鹽基度為≥30%，但是從客戶需求和絮凝效果角度，鹽基度還是越高越好，由表1數據可知，隨著投料配比的增大，聚合氯化鋁產品的鋁含量、鹽基度都是增加的，反應溫度和反應時間對鋁含量、鹽基度的增加并不明顯，但是隨著投料配比越大，鹽基度越高，含鋁廢泥過量越多，也越難過濾，另由實驗可知，以2.5∶1為例，80℃下反應3 h后所得濾渣中鋁含量12.39%（濕基），直追原含鋁廢泥的鋁含量，從鋁資源的有效利用以及渣的減量化處理的角度，這個渣是必須要二次反溶的。由表1可知，適宜的反應條件為：最佳反應配比2.5∶1，反應溫度60℃，反應時間1 h。

表1 不同反應條件下所得聚合氯化鋁中Al2O3含量及鹽基度

1.2.3 兩步法制備聚合氯化鋁

所謂兩步法，是指含鋁廢泥與過量的工業鹽酸反應后，過濾，得到一定酸度的三氯化鋁溶液，再以該酸度為基準，加入過量含鋁廢泥，重復一步法實驗過程，即可得到符合要求的聚合氯化鋁產品。

1.2.4 實驗數據及結果分析

在第一步溶泥過程中，酸是過量的，反應比較快，容易沉降分層，而且過濾也非?？欤ū?），由表3可以看出，隨著配比增大，鋁泥過量增多，溶液中Al2O3含量也逐漸增大，鹽基度逐步增大，但是渣量也增大，過濾也會更難。

因此，若考慮產品的高鹽基度，則需調整耗酸配比在（20～30）∶1，繼續增加配比，鹽基度可能會增大，但是鋁的溶出率會更低，過濾也會更艱難，置于第一步溶泥，則根據酸過量的程度，可調整配比為（0.8～1.2）∶1。

之所以會把聚鋁的兩段生產工藝分開，是因為鋁泥過量時，渣比較多，渣中剩余鋁含量較高，渣必須反溶，而且在較高鹽基度下，溶液難以沉降分層，從而會造成一個循環，就是每一批次的聚合氯化鋁生產中鋁泥都是過量的，每一批次的渣都是要反溶的，沒法排出幾乎不含鋁的廢渣，直接排渣就無法做到渣的減量化處理和鋁的有效利用。

表2 過量工業鹽酸溶泥

表3 鹽基度的調整

2 工業鹽酸溶解含鋁廢泥制備聚合氯化鋁的工藝路線的確定

由上述實驗可知，一步法和兩步生產聚合氯化鋁工藝各有優劣，一步法不能有效進行排渣，直接排渣會增加固廢量，也不利于渣中鋁的回收和利用，而兩步法則增加了生產環節，會增加生產時間和人力成本，不利于生產效率的提高，只有將一步法生產和兩步法生產有機地聯系起來才可能具有較好的實踐意義。

2.1 設計工藝流程圖

工業鹽酸溶解含鋁廢泥制備聚合氯化鋁工藝路線如圖1。

圖1 以鋁泥與工業鹽酸為原料制備聚合氯化鋁工藝流程圖

2.2 生產工藝路線的確定

將含鋁廢泥投加到攪拌槽中，按照2.5∶1的配比將工業鹽酸加入到含鋁廢泥中，常溫下攪拌30～60 min，攪拌均勻后，通過耐酸泵將料液打入家夾套反應釜中，升溫至60～80℃后，攪拌反應1 h，壓濾，所得濾液即為聚合氯化鋁產品。濾渣直接投入到攪拌槽反溶，檢測剩余酸后，再按照2.5∶1的配比再次投加含鋁廢泥和工業鹽酸，所得濾液為聚合氯化鋁產品，濾渣則再次反溶，依次類推，當反復幾次后渣量明顯增多時，濾渣中不溶物含量大增，再按照2.5∶1的配比投料時，溶液中固含量也非常多，不利于攪拌和浸出鋁，因此，要用過量酸來反溶這種濾渣，溶解完全后，壓濾，濾渣作為固廢處理，濾液加入到攪拌槽中，以剩余酸量為基準，按照（20～30）∶1的配比投加含鋁廢泥，再在60～80℃下攪拌反應1 h后，過濾，濾液即為合格的聚合氯化鋁，此時濾渣中鋁含量比較高，再按照2.5∶1的配比重復上述步驟進行反應，該生產工藝即可循環運行。

在該工藝中，反應溫度相對市場上聚合氯化鋁專業生產廠家所用的鋁酸鈣粉工藝的反應溫度（≥100℃）要低得多，其原因是只要含鋁廢泥過量，所得濾渣都必須反溶，含鋁廢泥的鋁浸出率高低的重要性沒有那么明顯，以廣東惠州某聚合氯化鋁生產廠家為例，他們主要以氫氧化鋁為原料，氫氧化鋁價格昂貴，而且沒有渣反溶工藝，鋁浸出率的高低就顯得尤為重要，鋁浸出率低意味著浪費很多鋁資源，生產成本也大大提高，所以要在較高的反應溫度下進行，這也是本工藝與之區別的地方。

3 結語

研究結果表明，含鋁廢泥具有很好的鋁資源回收和再生利用價值，以含鋁廢泥和工業鹽酸為原料，利用傳統的一步法或者兩步法生產工藝能夠得到有效含量（以Al2O3計）＞8%、鹽基度＞50%的聚合氯化鋁產品，但是，含鋁廢泥畢竟是一種工業廢棄物，只能提取其中有限的有益部分加以利用，單一依靠一步法或者兩步法很難實現含鋁廢泥中鋁資源的有效利用以及危險廢棄物的減量化處理，為此，在一步法和兩步法的實驗基礎上，優化了生產工藝，改善了生產條件，克服了一步法排渣難、兩步法生產效率低的缺陷，取得了良好的實驗效果。